ES2751367T3 - Modular photochemical flow reactor system - Google Patents
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Abstract
Un sistema modular de reactor fotoquímico (10) incluyendo: una pluralidad de módulos fluídicos (20) teniendo cada uno una forma plana con superficies principales primera y segunda (22, 24), teniendo cada una de dichas superficies principales primera y segunda (22, 24) un área superficial libre (22F, 24F) carente de orificios de entrada y salida, y teniendo cada una i) una capa central plana de fluido de proceso (30) e ii) dos capas planas exteriores de fluido de control térmico (40) para contener fluido de control térmico fluyente, estando dispuestas dicha capa central plana de fluido de proceso (30) y dichas dos capas planas exteriores de fluido de control térmico (40) entre dichas superficies principales primera y segunda (22, 24) y siendo al menos parcialmente transparentes a radiación a al menos algunas longitudes de onda en el espectro UV y/o visible; y una pluralidad de módulos de iluminación (50), teniendo cada uno una forma plana con superficies principales primera y segunda (52, 54), e incluyendo cada uno al menos un primer conjunto (60) de emisores de semiconductores (70), estando colocados dichos emisores (70) capaces de emitir a longitudes de onda visibles y/o UV para emitir de o a través de la primera superficie principal (52) al área superficial libre (22F o 24F) de una de las superficies principales primera y segunda (22, 24) de un módulo fluídico (20), donde dicho primer conjunto (60) de emisores de semiconductores (70) incluye al menos un primer emisor (72) y un segundo emisor (74), siendo el primer emisor (72) capaz de emitir a una primera longitud de onda central y el segundo emisor (74) capaz de emitir a una segunda longitud de onda central, siendo dichas longitudes de onda centrales primera y segunda diferentes una de otra.A modular photochemical reactor system (10) including: a plurality of fluidic modules (20) each having a flat shape with first and second major surfaces (22, 24), each of said first and second major surfaces (22, 24) having 24) a free surface area (22F, 24F) devoid of inlet and outlet ports, and each having i) a flat central layer of process fluid (30) and ii) two outer flat layers of thermal control fluid (40 ) to contain flowing thermal control fluid, said planar central layer of process fluid (30) and said two outer planar layers of thermal control fluid (40) being disposed between said first and second major surfaces (22, 24) and being at least partially transparent to radiation at at least some wavelengths in the UV and / or visible spectrum; and a plurality of lighting modules (50), each having a flat shape with first and second major surfaces (52, 54), and each including at least one first set (60) of semiconductor emitters (70), being placed said emitters (70) capable of emitting at visible and / or UV wavelengths to emit from or through the first main surface (52) to the free surface area (22F or 24F) of one of the first and second main surfaces ( 22, 24) of a fluidic module (20), where said first set (60) of semiconductor emitters (70) includes at least a first emitter (72) and a second emitter (74), the first emitter (72) being capable of emitting at a first central wavelength and the second emitter (74) capable of emitting at a second central wavelength, said first and second central wavelengths being different from each other.
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Sistema modular de reactor de flujo fotoquímicoModular photochemical flow reactor system
CampoCountryside
La presente descripción se refiere a reactores de flujo y procesos de flujo realizados con ellos, en particular a un sistema de reactor de flujo fotoquímico modular, flexible y de alta producción.The present disclosure relates to flow reactors and flow processes performed therewith, in particular to a high production, flexible, modular photochemical flow reactor system.
AntecedentesBackground
Los autores de la presente invención y/o sus colegas desarrollaron previamente reactores de flujo para realizar reacciones químicas. Estos reactores de flujo pueden emplear típicamente módulos fluídicos que pueden tomar la forma de una estructura de vidrio multicapa. Una representación de una realización de tal módulo fluídico 20 se muestra en la figura 1 en vista en perspectiva. En las figuras 2 y 3 en vistas en sección transversal se muestran representaciones de algunas características de las realizaciones adicionales de tales módulos fluídicos 20. Los módulos fluídicos 20 del tipo o los tipos mostrados en las figuras 1-3 tienen en general una forma plana y superficies principales primera y segunda 22, 24 (estando la superficie 24 debajo del módulo 20 en la vista en perspectiva de la figura 1). Reactivos o fluidos de proceso circulan dentro de "microcanales", canales de estala generalmente milimétrica o submilimétrica definidos dentro de una capa de fluido de proceso generalmente plana 30. El módulo 20 incluye además dos capas planas exteriores de fluido de control térmico 40 para contener fluido de control térmico fluyente, con la capa de fluido de proceso 30 colocada entre las dos capas de fluido de control térmico 40.The authors of the present invention and / or their colleagues previously developed flow reactors to perform chemical reactions. These flow reactors can typically employ fluidic modules that can take the form of a multilayer glass structure. A representation of one embodiment of such a fluidic module 20 is shown in Figure 1 in perspective view. Representations of some features of additional embodiments of such fluidic modules 20 are shown in Figures 2 and 3 in cross-sectional views. Fluidic modules 20 of the type or types shown in Figures 1-3 generally have a flat shape and first and second main surfaces 22, 24 (surface 24 being below module 20 in the perspective view of figure 1). Reagents or process fluids circulate within "microchannels", generally millimeter or submillimeter wafer channels defined within a generally flat process fluid layer 30. Module 20 further includes two outer flat layers of thermal control fluid 40 for containing fluid thermal control fluid, with the process fluid layer 30 positioned between the two thermal control fluid layers 40.
Orificios de entrada y salida de fluido de proceso 32 permiten suministrar y sacar fluido de proceso (uno de los orificios 32, el orificio de salida en este caso, no es visible en la figura 1 porque está en la superficie principal orientada hacia abajo 24, enfrente del orificio orientado hacia arriba 32). Los orificios de entrada y salida de fluido térmico 42 permiten suministrar y sacar fluido de control térmico. Todos los orificios de entrada y salida 32, 42 están situados en una de las superficies principales primera y segunda en uno o varios de sus bordes (en el borde 26 en el caso de la realización de la figura 1), dejando un área superficial libre 22F (y un área superficial libre correspondiente 24F, debajo y no visible en la figura 1) exenta de orificios de entrada y salida.Process fluid inlet and outlet ports 32 allow process fluid to be supplied and removed (one of the ports 32, the outlet port in this case, is not visible in Figure 1 because it is on the main surface facing down 24, opposite the upward-facing hole 32). The thermal fluid inlet and outlet ports 42 allow supply and removal of thermal control fluid. All inlet and outlet holes 32, 42 are located on one of the first and second major surfaces at one or more of their edges (at edge 26 in the case of the Figure 1 embodiment), leaving a free surface area 22F (and a corresponding free surface area 24F, below and not visible in Figure 1) free of inlet and outlet holes.
La ampliación de escala desde los procesos a escala de laboratorio a la escala de producción está habilitada por un rango de varios tamaños de módulos fluídicos 20. Para proporcionar tiempo adecuado de residencia, para un caudal requerido dado, se precisa una cierta cantidad de volumen interno. El volumen total interno incrementado, cuando es necesario, se obtiene conectando varios módulos fluídicos 20 en serie para formar un reactor. Por lo tanto, un reactor se compone típicamente de varios módulos fluídicos 20. Cada módulo fluídico 20 puede tener una función específica, como precalentamiento, premezcla, mezcla, provisión de tiempo de residencia, enfriamiento rápido, etc. Dado que los módulos 20 se pueden formar de vidrio, la fotoquímica es una aplicación potencialmente útil, dado que el vidrio es al menos parcialmente transparente a longitudes de onda de interés para fotoquímica en los espectros UV y visible.Scale-up from laboratory-scale processes to production scale is enabled by a range of various fluidic module sizes 20. To provide adequate residence time, for a given required flow rate, a certain amount of internal volume is required . The increased total internal volume, when necessary, is obtained by connecting several fluidic modules 20 in series to form a reactor. Therefore, a reactor is typically made up of several fluidic modules 20. Each fluidic module 20 can have a specific function, such as preheating, premixing, mixing, residence time provision, rapid cooling, etc. Since modules 20 can be formed from glass, photochemistry is a potentially useful application, since glass is at least partially transparent at wavelengths of interest for photochemistry in UV and visible spectra.
Numerosos documentos de la técnica anterior describen reactores fotoquímicos. La Solicitud de Patente US 2012/0228236 describe un reactor de tratamiento de fluido fotoquímico con iluminación directa con conjuntos de LED. La fuente de luz LED puede estar montada sobre bloques disipadores de calor refrigerados por fluido. El disipador de calor puede estar configurado para usar el fluido tratado como su refrigerante. No se describe refrigeración del fluido durante su iluminación. La Solicitud de Patente US 2010/0255458 describe diferentes realizaciones de biorreactores con elementos de distribución de luz. La Solicitud de Patente US 2013/0102069 describe un biorreactor que utiliza un sistema de iluminación de diodos fotoemisores (LED) para proporcionar luz al menos parcialmente para un alga. La Solicitud de Patente US 2014/0050630 describe un microrreactor para fotorreacciones. La Solicitud de Patente US 2012/0091489 se refiere a un dispositivo fotoemisor.Numerous prior art documents describe photochemical reactors. US Patent Application 2012/0228236 describes a direct illuminated photochemical fluid treatment reactor with LED assemblies. The LED light source can be mounted on fluid-cooled heat sink blocks. The heat sink may be configured to use the treated fluid as its coolant. Fluid cooling is not described during illumination. US Patent Application 2010/0255458 describes different embodiments of bioreactors with light distribution elements. US Patent Application 2013/0102069 describes a bioreactor that uses a light emitting diode (LED) lighting system to provide light at least partially for an algae. US Patent Application 2014/0050630 describes a microreactor for photoreactions. US Patent Application 2012/0091489 refers to a photoemitting device.
ResumenSummary
La invención se refiere a un sistema modular de reactor fotoquímico incluyendo una pluralidad de módulos fluídicos, teniendo cada uno una forma plana con superficies principales primera y segunda, teniendo cada una de dichas superficies principales primera y segunda un área superficial libre carente de orificios de entrada y salida, e incluyendo cada una: i) una capa central plana de fluido de proceso para contener fluido de proceso fluyente, ii) dos capas planas exteriores de fluido de control térmico para contener fluido de control térmico fluyente; estando dispuestas dicha capa central plana de fluido de proceso y dichas dos capas planas exteriores de fluido de control térmico entre dichas superficies principales primera y segunda y siendo al menos parcialmente transparentes a radiación a al menos algunas longitudes de onda en el espectro UV y/o visible. El sistema incluye además una pluralidad de módulos de iluminación, teniendo cada uno una forma plana con superficies principales primera y segunda, e incluyendo cada uno al menos un primer conjunto de emisores de semiconductores, estando colocados dichos emisores, capaces de emitir a longitudes de onda visibles y/o UV, para emitir desde o a través de la primera superficie principal al área superficial libre de una de las superficies principales primera y segunda de un módulo fluídico, donde dicho primer conjunto de emisores de semiconductores incluye al menos un primer emisor y un segundo emisor, siendo el primer emisor capaz de emitir a una primera longitud de onda central y siendo el segundo emisor capaz de emitir a una segunda longitud de onda central, siendo dichas longitudes de onda centrales primera y segunda diferentes una de otra. Dichos módulos fluídicos y dichos módulos de iluminación están dispuestos de modo que al menos algunos de dichos módulos fluídicos sean capaces de beneficiarse de la irradiación procedente de dichos módulos de iluminación.The invention relates to a modular photochemical reactor system including a plurality of fluidic modules, each having a flat shape with first and second main surfaces, each of said first and second main surfaces having a free surface area devoid of inlet holes and outlet, and each including: i) a flat central process fluid layer to contain flowing process fluid, ii) two outer flat layers of thermal control fluid to contain flowing thermal control fluid; said flat central layer of process fluid and said two outer flat layers of thermal control fluid being disposed between said first and second main surfaces and being at least partially transparent to radiation at least some wavelengths in the UV spectrum and / or visible. The system further includes a plurality of lighting modules, each having a flat shape with first and second main surfaces, and each including at least a first set of semiconductor emitters, said emitters being positioned, capable of emitting at wavelengths visible and / or UV, to emit from or through the first main surface to the free surface area of one of the first and second main surfaces of a fluidic module, where said first set of semiconductor emitters includes at least a first emitter and a second emitter, the first emitter being capable of emitting at a first central wavelength and the second emitter being capable of emitting at a second central wavelength, said first and second central wavelengths being different from each other. Said fluidic modules and said lighting modules are arranged so that at least some of said fluidic modules are capable of benefiting from the irradiation from said lighting modules.
El uso de emisores de semiconductores, deseablemente LEDs, permite emplear longitudes de onda nítidamente definidas con la posibilidad de incrementar el rendimiento de una reacción o de disminuir la producción de subproductos indeseados que pueden ser fomentados por longitudes de onda indeseadas presentes en fuentes que tienen un espectro más amplio. Proporcionar al menos emisores primero y segundo de diferente longitud de onda central permite la fácil experimentación y optimización entre las dos longitudes de onda, así como un rendimiento potencialmente incrementado de las reacciones que pueden beneficiarse de la luz en más de una longitud de onda. El reactor resultante montado a partir del sistema descrito es tanto reconfigurable de forma flexible como compacto, al mismo tiempo que aísla bien la salida térmica de los emisores del reactivo o fluidos de proceso. El sistema de la presente invención y el reactor formado a partir de él también proporciona la capacidad de conmutar longitudes de onda de iluminación, o, más en general, de alterar la composición espectral de la iluminación sin desmontaje del reactor, de tal manera que las pruebas de reacción y la caracterización se llevan a cabo de forma más fácil.The use of semiconductor emitters, desirably LEDs, makes it possible to employ sharply defined wavelengths with the possibility of increasing the performance of a reaction or decreasing the production of unwanted by-products that can be promoted by unwanted wavelengths present in sources that have a broader spectrum. Providing at least first and second emitters of different central wavelengths allows for easy experimentation and optimization between the two wavelengths, as well as potentially increased performance of reactions that can benefit from light at more than one wavelength. The resulting reactor assembled from the described system is both flexibly and compactly reconfigurable, while also isolating the thermal output from the reagent or process fluid emitters. The system of the present invention and the reactor formed therefrom also provide the ability to switch illumination wavelengths, or, more generally, to alter the spectral composition of illumination without disassembly of the reactor, such that Reaction tests and characterization are carried out more easily.
Otras variaciones y ventajas específicas se explican o serán evidentes por la descripción siguiente. La descripción general anterior y la descripción detallada siguiente muestran realizaciones específicas, y tienen la finalidad de proporcionar una visión general o estructura para la comprensión de la naturaleza y del carácter de las reivindicaciones.Other variations and specific advantages are explained or will be apparent from the following description. The foregoing general description and the following detailed description show specific embodiments, and are intended to provide an overview or structure for understanding the nature and character of the claims.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
La figura 1 es una vista en perspectiva de una realización de un módulo fluídico útil dentro del sistema actualmente descrito.Figure 1 is a perspective view of an embodiment of a useful fluidic module within the system currently described.
Las figuras 2 y 3 son vistas en sección transversal de realizaciones adicionales de módulos fluídicos útiles dentro del sistema actualmente descrito.Figures 2 and 3 are cross-sectional views of additional embodiments of useful fluidic modules within the system currently described.
La figura 4 es una vista de montaje en perspectiva expandida de una realización de un módulo de iluminación útil dentro del sistema actualmente descrito.Fig. 4 is an expanded perspective mounting view of one embodiment of a useful lighting module within the system currently described.
Las figuras 5A y 5B son vistas esquemáticas en sección transversal de realizaciones adicionales de módulos de iluminación útiles dentro del sistema actualmente descrito.Figures 5A and 5B are schematic cross-sectional views of additional embodiments of useful lighting modules within the system currently described.
La figura 6 es una vista en perspectiva de una realización de un bastidor de soporte o núcleo de un módulo de iluminación útil dentro del sistema actualmente descrito.Figure 6 is a perspective view of an embodiment of a support frame or core of a useful lighting module within the system currently described.
Las figuras 7A y 7B son representaciones en vista esquemática en planta de realizaciones alternativas de conjuntos de emisores de un módulo de iluminación útil dentro del sistema actualmente descrito.Figures 7A and 7B are schematic plan view representations of alternative embodiments of emitter assemblies of a useful lighting module within the system currently described.
La figura 8 es una vista en perspectiva de una realización de un reactor parcialmente montado compuesto de componentes del sistema actualmente descrito.Figure 8 is a perspective view of an embodiment of a partially assembled reactor composed of components of the system currently described.
La figura 9 es una vista en perspectiva del reactor de la figura 8 con algunos componentes adicionales incluidos. Descripción detallada Figure 9 is a perspective view of the reactor of Figure 8 with some additional components included. Detailed description
Un sistema modular de reactor fotoquímico 10 representado en vista en perspectiva en la figura 9 incluye una pluralidad de módulos fluídicos 20, teniendo cada uno de los módulos fluídicos 20 de dicha pluralidad una forma plana según se ve en la figura 1, con superficies principales primera y segunda 22, 24. Cada módulo fluídico 20 de dicha pluralidad incluye, también según se ve en la figura 1, y adicionalmente en las figuras 2 y 3, una capa central plana de fluido de proceso 30 para contener dicho fluido de proceso fluyente, y dos capas planas exteriores de fluido de control térmico 40 para contener fluido de control térmico fluyente. La capa de fluido de proceso 30 está colocada entre las dos capas de fluido de control térmico 40. La capa de fluido de proceso 30 y las dos capas de fluido de control térmico 40 son al menos parcialmente transparentes a la radiación a al menos algunas longitudes de onda en el espectro UV y/o visible. En la operación de los módulos fluídicos 20 pueden utilizarse deseablemente fluidos de control térmico sustancialmente transparentes, tal como agua o etanol.A modular photochemical reactor system 10 depicted in perspective view in Figure 9 includes a plurality of fluidic modules 20, each of the fluidic modules 20 of said plurality having a flat shape as seen in Figure 1, with first major surfaces and second 22, 24. Each fluidic module 20 of said plurality includes, also as seen in Figure 1, and additionally in Figures 2 and 3, a flat central layer of process fluid 30 to contain said flowing process fluid, and two outer flat layers of thermal control fluid 40 to contain flowing thermal control fluid. The process fluid layer 30 is positioned between the two thermal control fluid layers 40. The process fluid layer 30 and the two thermal control fluid layers 40 are at least partially transparent to radiation at least some lengths wave in the UV and / or visible spectrum. In operation of the fluidic modules 20, substantially transparent thermal control fluids, such as water or ethanol, may desirably be used.
Cada módulo fluídico 20 de dicha pluralidad incluye además orificios de entrada y salida de fluido de proceso 32 para suministrar y sacar fluido de proceso y orificios de entrada y salida de fluido térmico 42 para suministrar y sacar fluido de control térmico, estando situados los orificios de entrada y salida de fluido 32 1) en una de las superficies principales primera y segunda 22, 24 en uno o varios de sus bordes 26, o 2) en una superficie 28 del módulo fluídico 20 distinta de sus superficies principales primera y segunda 22, 24, dejando en cualquier caso un área superficial libre 22F, 24F de las superficies principales primera y segunda 22, 24 exenta de orificios de entrada y salida, incluyendo dicha área superficial libre 22f , 24F al menos 50%, deseablemente al menos 75%, del área total de la respectiva superficie principal primera o segunda 22, 24.Each fluidic module 20 of said plurality further includes process fluid inlet and outlet ports 32 for supplying and withdrawing process fluid and thermal fluid inlet and outlet ports 42 for supplying and removing thermal control fluid, the orifices being located fluid inlet and outlet 32 1) on one of the first and second main surfaces 22, 24 on one or more of its edges 26, or 2) on a surface 28 of the fluidic module 20 distinct from their first and second main surfaces 22, 24, in any case leaving a free surface area 22F, 24F of the first and second main surfaces 22, 24 free of inlet and outlet holes, said free surface area 22 f including , 24F at least 50%, desirably at least 75%, of the total area of the respective first or second main surface 22, 24.
El sistema modular de reactor fotoquímico 10 representado en vista en perspectiva en la figura 9 incluye además una pluralidad de módulos de iluminación 50 tales como los representados en las realizaciones de la vista en perspectiva de la figura 4 y las vistas en sección transversal de las figuras 5A y 5B. Cada uno de los módulos de iluminación 50 de dicha pluralidad tiene una forma plana con superficies principales primera y segunda 52, 54, y cada una incluye al menos una primera conjunto 60 de emisores de semiconductores 70, siendo dichos emisores 70 capaces de emitir a longitudes de onda visibles y/o UV, colocados para emitir desde o a través de la primera superficie principal 52. Además, dicha primera conjunto 60 de emisores de semiconductores 70 incluye al menos un primer emisor 72 y un segundo emisor 74, siendo el primer emisor 72 capaz de emitir a una primera longitud de onda central y siendo el segundo emisor 74 capaz de emitir a una segunda longitud de onda central, donde dichas longitudes de onda centrales primera y segunda difieren una de otra.The modular photochemical reactor system 10 depicted in perspective view in FIG. 9 further includes a plurality of lighting modules 50 such as those depicted in the perspective view embodiments of FIG. 4 and the cross-sectional views of FIGS. 5A and 5B. Each of the lighting modules 50 of said plurality has a flat shape with first and second main surfaces 52, 54, and each includes at least a first set 60 of semiconductor emitters 70, said emitters 70 being capable of emitting at lengths and / or UV waveforms positioned to emit from or through the first main surface 52. Furthermore, said first set 60 of semiconductor emitters 70 includes at least a first emitter 72 and a second emitter 74, the first emitter being 72 capable of emitting at a first central wavelength and the second emitter 74 being capable of emitting at a second central wavelength, where said first and second central wavelengths differ from each other.
Más detalles de una realización de un módulo de iluminación se representan en la vista en perspectiva despiezada de la figura 4. Un bastidor de soporte o núcleo 90 del módulo de iluminación 50 incluye orificios de entrada y salida 94 para suministrar fluido refrigerante al módulo de iluminación 50. El núcleo 90 conjuntamente con una junta estanca 64 y tapa 66, cuando están montadas y fijadas conjuntamente en el orden representado, forma un intercambiador de calor 96 para enfriar los emisores 70 del conjunto 60 de emisores 70. Los emisores 70 están montados (por ejemplo, por un proceso de soldadura u otro proceso o estructura de montaje) en una hoja de montaje 71, que está montada en la tapa 66. Alternativamente, como en las realizaciones adicionales representadas en sección transversal en las figuras 5A y 5B, la hoja de montaje 71 para los emisores 70 puede funcionar como una tapa para cubrir canales de fluido en el núcleo 90, de tal manera que no se usa una tapa separada 66, como en la realización de la figura 4. Se puede montar un protector de luz o bastidor 97 con el fin de rodear el conjunto 60 en sus lados, y se puede montar una ventana de protector 98 en el protector 97. La ventana de protector puede ser de cuarzo, vidrio, o cualquier otro material deseablemente transparente con relación a la longitud o longitudes de onda que emplea el módulo de iluminación 50, y puede incluir opcionalmente una estructura rugosa o elemento óptico similar de modo que funcione como un difusor óptico para igualar la iluminación proporcionada por el módulo de iluminación 50. Como otra alternativa opcional, la ventana 98 y el bastidor 97 también pueden cooperar para formar una junta estanca sobre el conjunto 60, y el volumen sellado puede llenarse con un gas inerte, tal como argón o gas de baja reactividad tal como nitrógeno. Esto serviría para proteger los emisores de cualesquiera productos químicos aerotransportado o sustancias químicas presentes de otro modo en o cerca de la ventana de protector 98.More details of one embodiment of a lighting module are shown in the exploded perspective view of FIG. 4. A support frame or core 90 of the lighting module 50 includes inlet and outlet ports 94 for supplying cooling fluid to the lighting module. 50. The core 90 together with a seal 64 and cover 66, when assembled and fixed together in the order shown, forms a heat exchanger 96 to cool the emitters 70 of the array 60 of emitters 70. The emitters 70 are mounted ( for example, by a welding process or other mounting process or structure) on a mounting sheet 71, which is mounted on the cover 66. Alternatively, as in the additional embodiments shown in cross section in Figures 5A and 5B, the Mounting sheet 71 for emitters 70 can function as a cover to cover fluid channels in core 90 such that a separate cover is not used a 66, as in the embodiment of Figure 4. A light shield or frame 97 may be mounted in order to surround the assembly 60 on its sides, and a protector window 98 may be mounted on the protector 97. The window shield may be of quartz, glass, or any other desirably transparent material relative to the wavelength or wavelengths employed by lighting module 50, and may optionally include a rough structure or similar optical element to function as a diffuser Optical to equalize lighting provided by lighting module 50. As another optional alternative, window 98 and frame 97 can also cooperate to form a seal on assembly 60, and the sealed volume can be filled with an inert gas, such as as argon or low reactivity gas such as nitrogen. This would serve to protect the emitters from any airborne chemicals or chemicals otherwise present in or near the guard window 98.
Las figuras 5A y 5B son vistas esquemáticas en sección transversal de realizaciones adicionales de módulos de iluminación 50. En la figura 5A se puede ver más claramente (que en la figura 4) que un módulo de iluminación 50 según la presente descripción puede incluir deseablemente tanto un primer conjunto (de emisores 70) 60 como un segundo conjunto (de emisores 70) 80, en superficies principales primera y segunda opuestas 52, 54 del módulo de iluminación 50. Un solo núcleo 90 puede tener dos lados cada uno con una superficie para soportar cada uno de los dos conjuntos 60, 80. El conjunto o los conjuntos pueden ser retenidos por un clip o reborde 62. Como se ilustra en general en la figura 5B, el sistema actualmente descrito también incluye deseablemente módulos de iluminación 50 que tienen solamente un conjunto 60, más bien que dos conjuntos 60, 80 como en la figura 5A.Figures 5A and 5B are schematic cross-sectional views of additional embodiments of lighting modules 50. In Figure 5A it can be seen more clearly (than in Figure 4) that a lighting module 50 according to the present description may desirably include both a first set (of emitters 70) 60 as a second set (of emitters 70) 80, on opposite first and second main surfaces 52, 54 of the lighting module 50. A single core 90 may have two sides each with a surface for supporting each of the two assemblies 60, 80. The assembly or assemblies can be retained by a clip or flange 62. As generally illustrated in Figure 5B, the system currently described also desirably includes lighting modules 50 having only one set 60, rather than two sets 60, 80 as in Figure 5A.
La figura 6 representa una vista en perspectiva de una realización de un núcleo 90, incluyendo una superficie de soporte 91 para el conjunto de emisores 60 o la tapa 66, en cuya superficie de soporte hay canales rebajados 93 para contener fluido refrigerante fluyente.FIG. 6 depicts a perspective view of one embodiment of a core 90, including a support surface 91 for the emitter assembly 60 or the cover 66, on the support surface of which there are recessed channels 93 for containing flowing coolant fluid.
Las figuras 7A y 7B son representaciones en vista esquemática en planta de realizaciones alternativas de los conjuntos de emisores 60 (y 80) de un módulo de iluminación 50, tal como los de las figuras 4, 5A y 5B. En la realización de la figura 7A, los emisores 70 tienen forma de emisores individualmente empaquetados (o LEDs individualmente empaquetados) 78, mientras que en la realización de la figura 7B los emisores 70 tienen forma de grupos 79 de emisores (tal como LEDs "multichip") (de tipos diferentes 72, 74, 76), al menos dos tipos como mínimo, empaquetados conjuntamente. En ambas realizaciones, hay al menos un primer emisor 72 y un segundo emisor 74, teniendo el segundo emisor 74 una segunda longitud de onda central diferente de una primera longitud de onda central del primer emisor 72. Opcionalmente, el conjunto 60 (o 80) puede incluir además al menos un tercer emisor 76 capaz de emitir a una tercera longitud de onda central, siendo la tercera longitud de onda central diferente de cada una de las longitudes de onda centrales primera y segunda. También puede emplearse más de tres emisores o tipos de emisores diferentes. Además, pueden usarse emisores agrupados (o grupos de emisores) 79 dentro del mismo conjunto como emisores individuales.Figures 7A and 7B are schematic plan view representations of alternative embodiments of emitter assemblies 60 (and 80) of a lighting module 50, such as those of Figures 4, 5A and 5B. In the embodiment of Figure 7A, the emitters 70 are in the form of individually packaged emitters (or individually packaged LEDs) 78, while in the embodiment of Figure 7B the emitters 70 are in the form of groups of 79 emitters (such as "multichip" LEDs ") (of different types 72, 74, 76), at least two types at least, packaged together. In both embodiments, there is at least a first emitter 72 and a second emitter 74, the second emitter 74 having a second center wavelength different from a first center wavelength of the first emitter 72. Optionally, assembly 60 (or 80) it may further include at least a third emitter 76 capable of emitting at a third central wavelength, the third central wavelength being different from each of the first and second central wavelengths. You can also use more than three different emitters or types of emitters. Furthermore, grouped emitters (or groups of emitters) 79 within the same set can be used as individual emitters.
Independientemente del número de tipos diferentes y si están empaquetados conjuntamente, también es deseable que los varios tipos diferentes de emisores 72, 74, 76 sean controlables independientemente por interruptor o controlador o receptor 100, a través de respectivas líneas de control y/o potencia 102a, 102b, 102c (etiquetadas en general 102). Preferiblemente, los varios subconjuntos de emisores, cada uno formado por los emisores de la misma longitud de onda, son controlables independientemente por interruptor o controlador o receptor. Los emisores de la misma longitud de onda o longitud de onda central en un conjunto son controlados deseablemente colectivamente. El control independiente sobre las varias longitudes de onda permite una fácil caracterización de reacción u otra experimentación o control de reacción que implique el uso de varias longitudes de onda, sin tener que desmontar el reactor o algún componente.Regardless of the number of different types and if they are packaged together, it is also desirable that the various different types of emitters 72, 74, 76 be independently controllable by switch or controller or receiver 100, via respective control lines and / or power 102a , 102b, 102c (generally labeled 102). Preferably, the various emitter subsets, each consisting of emitters of the same wavelength, are independently controllable by switch or controller or receiver. The issuers of the The same wavelength or central wavelength in an array are desirably collectively controlled. Independent control over various wavelengths allows for easy reaction characterization or other experimentation or reaction control involving the use of various wavelengths, without having to disassemble the reactor or any component.
Los emisores 70 son deseablemente LEDs. Según una realización, el conjunto incluye una placa de circuitos impresos en la que los emisores están montados. Además, son deseablemente capaces de proporcionar al menos 40 mW/cm2 de irradiación homogénea al área superficial libre 22F, 24F de la primera o segunda superficie principal 22, 24 de un módulo fluídico 20, más deseablemente al menos 50 mW/cm2. Los LEDs pueden ser LEDs de alta potencia, o su densidad en el conjunto puede ser suficiente para lograr la irradiación deseada. Se puede lograr un grado deseado de homogeneidad de irradiación a través de la densidad de LEDs en el conjunto, o a través de un difusor óptico.The emitters 70 are desirably LEDs. According to one embodiment, the assembly includes a printed circuit board on which the emitters are mounted. Furthermore, they are desirably capable of providing at least 40 mW / cm2 of homogeneous irradiation to the free surface area 22F, 24F of the first or second major surface 22, 24 of a fluidic module 20, more desirably at least 50 mW / cm2. The LEDs may be high power LEDs, or their density in the array may be sufficient to achieve the desired irradiation. A desired degree of irradiance homogeneity can be achieved through the density of LEDs in the array, or through an optical diffuser.
Las figuras 8 y 9 muestran vistas en perspectiva que ilustran una realización de algunas formas en las que el sistema 10 de la presente descripción puede montarse en un reactor 12. En las figuras 8 y 9, los módulos fluídicos 20 y los módulos de iluminación 50 son soportados en un soporte o montaje de reactor 104, en este caso en forma de una viga. Alternativamente, los módulos fluídicos 20 y los módulos de iluminación 50 pueden ser soportados en 2 soportes o montajes separados, y los módulos de iluminación 50 y su soporte o montaje pueden entrar y salir del reactor con el fin de facilitar el mantenimiento del sistema. Los módulos de iluminación 50 de estas realizaciones incluyen tanto módulos de iluminación de dos lados 50a como módulos de iluminación de un solo lado 50b. En la figura 8, el reactor 12 se representa sin los módulos fluídicos 20. La figura 9 representa la posición de múltiples módulos fluídicos 20 entre las caras radiactivas de los módulos de iluminación 50.Figures 8 and 9 show perspective views illustrating an embodiment of some ways in which the system 10 of the present description can be mounted in a reactor 12. In Figures 8 and 9, the fluidic modules 20 and the lighting modules 50 they are supported on a support or reactor mount 104, in this case in the form of a beam. Alternatively, the fluidic modules 20 and the lighting modules 50 can be supported on 2 separate supports or mounts, and the lighting modules 50 and their support or mounting can enter and exit the reactor in order to facilitate the maintenance of the system. The lighting modules 50 of these embodiments include both two-sided lighting modules 50a and single-sided lighting modules 50b. In Figure 8, the reactor 12 is shown without the fluidic modules 20. Figure 9 depicts the position of multiple fluidic modules 20 between the radioactive faces of the lighting modules 50.
Los reactores 12 formados del sistema 10 son tanto flexiblemente reconfigurables como compactos, al mismo tiempo que aíslan bien la salida térmica de los emisores de los procesos de reactivo o fluido, en primer lugar, a causa del uso de emisores de semiconductores tales como LEDs en los que la eficiencia de conversión de energía es razonablemente alta, en contraposición a las lámparas y otras fuentes similares, y, en segundo lugar, a causa del uso del intercambiador de calor 96 que es capaz de extraer hasta múltiples cientos de vatios, y, en tercer lugar, porque la capa de fluido de proceso 30 del módulo fluídico 20 está rodeada en ambos lados por una capa de fluido de control térmico 40 a través de la que llega la iluminación entrante, proporcionando por ello un aislamiento significativo del calor generado por los emisores 70 o en ellos. Los reactores 12 formados del sistema 10 también permiten que los emisores LED operen a baja temperatura (inferior a la temperatura ambiente y la temperatura operativa del módulo fluídico, mediante la utilización de intercambiadores de calor 96, dando lugar a una mayor intensidad emitida y mayor duración de los LED.The reactors 12 formed from system 10 are both flexibly reconfigurable and compact, while well isolating the thermal output of the emitters from the reagent or fluid processes, first of all, because of the use of semiconductor emitters such as LEDs in which the energy conversion efficiency is reasonably high, as opposed to lamps and other similar sources, and, secondly, because of the use of heat exchanger 96 which is capable of drawing up to multiple hundreds of watts, and, thirdly, because the process fluid layer 30 of the fluidic module 20 is surrounded on both sides by a thermal control fluid layer 40 through which the incoming illumination reaches, thereby providing significant isolation from the heat generated by emitters 70 or in them. The reactors 12 formed from the system 10 also allow the LED emitters to operate at a low temperature (lower than the ambient temperature and the operating temperature of the fluidic module, by using heat exchangers 96, resulting in a higher emitted intensity and a longer duration. of the LEDs.
El sistema de la presente invención y el reactor formado a partir de él también proporciona la capacidad de conmutar las longitudes de onda de iluminación, o, más en general, de alterar la composición espectral de la iluminación sin desmontaje del reactor, de tal manera que las pruebas de reacción y la caracterización son realizadas más fácilmente. Es ventajoso poder realizar reacciones fotoquímicas en un reactor de flujo que es compacto, pero flexible, tanto en estructura o diseño del reactor como en la radiación suministrada. La longitud de onda de luz de interés es principalmente de luz UV cercano y violeta entre 300 y 450 nm, pero también pueden ser de interés otras longitudes de onda UV o visible.The system of the present invention and the reactor formed from it also provides the ability to switch illumination wavelengths, or, more generally, to alter the spectral composition of illumination without disassembly of the reactor, such that reaction tests and characterization are more easily performed. It is advantageous to be able to perform photochemical reactions in a flow reactor that is compact, but flexible, both in reactor structure or design and in the radiation delivered. The wavelength of light of interest is primarily near violet UV light between 300 and 450nm, but other UV or visible wavelengths may also be of interest.
La iluminación de la capa de fluido operativo 30 desde ambos lados de los módulos fluídicos 20, a través de las capas de control térmico 40, no solamente ayuda a proporcionar aislamiento térmico, sino que también proporciona gran cantidad de iluminación al fluido de proceso y puede permitir una penetración más uniforme a través de la profundidad del canal de proceso, con relación a iluminar solamente en una superficie principal del módulo fluídico 20.Illumination of the operating fluid layer 30 from both sides of the fluidic modules 20, through the thermal control layers 40, not only helps provide thermal insulation, but also provides a large amount of illumination to the process fluid and can allow more uniform penetration through the depth of the process channel, relative to illuminating only on a main surface of the fluidic module 20.
Se deberá indicar que no todos los módulos fluídicos 20 en un reactor dado requerirán necesariamente o se beneficiarán de la irradiación; consiguientemente, algunos módulos fluídicos pueden no ser iluminados dentro del mismo reactor en que algunos otros sí lo son. En otros términos, la iluminación es escalable independiente o conjuntamente con el número de módulos fluídicos.It should be noted that not all fluidic modules 20 in a given reactor will necessarily require or benefit from irradiation; consequently, some fluidic modules may not be illuminated within the same reactor as some others are. In other words, the lighting is scalable independently or in conjunction with the number of fluidic modules.
Por lo tanto, se puede realizar químicas de tipo diferente con la misma solución de iluminación, sin ningún cambio de equipo, sin ningún mantenimiento. Éste no es equipo específico de 1 sola longitud de onda.Therefore, different types of chemicals can be made with the same lighting solution, without any equipment change, without any maintenance. This is not specific 1 wavelength specific equipment.
Mediante la utilización de luz espectralmente más estrecha procedente de fuentes de semiconductores, las químicas se pueden entender mejor y, por lo tanto, optimizar. La longitud de onda exacta de las fuentes de semiconductores permite obtener más selectividad de producto. La duración de la fuente de luz también será larga.By using spectrally narrower light from semiconductor sources, chemists can be better understood and therefore optimized. The exact wavelength of semiconductor sources allows for more product selectivity. The duration of the light source will also be long.
Los métodos y/o dispositivos aquí descritos son útiles en general al realizar cualquier proceso que implique mezcla, separación, extracción, cristalización, precipitación u otro procesamiento de fluidos o mezclas de fluidos, incluyendo mezclas multifase de fluidos -e incluyendo fluidos o mezclas de fluidos incluyendo mezclas multifase de fluidos que también contienen sólidos- dentro de una microestructura. El procesamiento puede incluir un proceso físico, una reacción química definida como un proceso que da lugar a la interconversión de especies orgánicas, inorgánicas o tanto orgánicas como inorgánicas, e incluye deseablemente un proceso o reacción químico, físico o biológico favorecido en la presencia de luz, de cualquier longitud de onda, es decir, fotorreacciones, ya sean fotosensibilizadas, fotoiniciadas (como en reacciones de radicales fotoiniciadas), fotoactivadas, fotocatalíticas, fotosintéticas u otras). Una lista no limitadora de reacciones asistidas o favorecidas por luz de posible interés incluye fotoisomerizaciones, reorganizaciones, fotorreducciones, ciclizaciones, cicloadiciones 2+2, cicloadiciones 4+2, cicloadiciones 4+4, cicloadiciones 1,3-dipolares, cambios sigmatrópicos (que podrían dar lugar a ciclización), fotooxidación, fotoclivaje de grupos protectores o enlaces, fotohalogenaciones (fotocloraciones, fotobromaciones), fotosulfocloraciones, fotosulfooxidaciones, fotopolimerizaciones, fotonitrosaciones, fotodecarboxilaciones, fotosíntesis de previtamina D, descomposición de compuestos azo, reacciones tipo Norrish, reacciones tipo Barton. Además, la siguiente lista no limitadora de reacciones puede ser realizada con los métodos y/o dispositivos descritos: oxidación; reducción; sustitución; eliminación; adición; intercambio de ligandos; intercambio de metales; e intercambio iónico. Más específicamente, las reacciones de cualquier lista no limitadora siguiente pueden ser realizadas con los métodos y/o dispositivos descritos: polimerización; alquilación; desalquilación; nitración; peroxidación; sulfoxidación; epoxidación; amoxidación; hidrogenación; deshidrogenación; reacciones organometálicas; química de metales preciosos/reacciones de catalizador homogéneo; carbonilación; tiocarbonilación; alcoxilación; halogenación; deshidrohalogenación; deshalogenación; hidroformilación; carboxilación; decarboxilación; aminación; arilación; acoplamiento péptido; aldolcondensación; ciclocondensación; deshidrociclización; esterificación; amidación; síntesis heterocíclica; deshidratación; alcohólisis; hidrólisis; amonolisis; eterificación; síntesis enzimática; cetalización; saponificación; isomerización; cuaternización; formilación; reacciones de transferencia de fase; sililaciones; síntesis de nitrilo; fosforilación; ozonolisis; química de azida; metátesis; hidrosililación; reacciones de acoplamiento y reacciones enzimáticas..The methods and / or devices described herein are generally useful in performing any process involving mixing, separation, extraction, crystallization, precipitation, or other processing of fluids or fluid mixtures, including multiphase fluid mixtures - and including fluids or fluid mixtures. including multiphase fluid mixtures that also contain solids - within a microstructure. Processing may include a physical process, a chemical reaction defined as a process that results in the interconversion of organic, inorganic, or both organic and inorganic, and desirably includes a favored chemical, physical, or biological process or reaction in the presence of light, of any wavelength, i.e. photoreactions, whether photosensitized, photoinitiated (as in photoinitiated radical reactions), photoactivated , photocatalytic, photosynthetic or others). A non-limiting list of light-assisted or light-assisted reactions of possible interest includes photoisomerizations, rearrangements, photoreductions, cyclizations, 2 + 2 cycloadditions, 4 + 2 cycloadditions, 4 + 4 cycloadditions, 1,3-dipole cycloadditions, sigmatropic changes (which could lead to cyclization), photooxidation, photocivibration of protecting groups or bonds, photohalogenations (photoclorations, photobrominations), photosulfoclorations, photosulfoxidations, photopolymerizations, photonitrosations, photodecarboxylations, photosynthesis of previtamin D, decomposition of arton compounds, Barton-type reactions. In addition, the following non-limiting list of reactions can be made with the methods and / or devices described: oxidation; reduction; substitution; elimination; addition; ligand exchange; metal exchange; and ion exchange. More specifically, reactions from any of the following non-limiting lists can be performed with the methods and / or devices described: polymerization; alkylation; dealkylation; nitration; peroxidation; sulfoxidation; epoxidation; ammoxidation; hydrogenation; dehydrogenation; organometallic reactions; precious metal chemistry / homogeneous catalyst reactions; carbonylation; thiocarbonylation; alkoxylation; halogenation; dehydrohalogenation; dehalogenation; hydroformylation; carboxylation; decarboxylation; amination; arylation; peptide coupling; aldol condensation; cyclocondensation; dehydrocyclization; esterification; amidation; heterocyclic synthesis; dehydration; alcohololysis; hydrolysis; ammonolysis; etherification; enzymatic synthesis; cetalization; saponification; isomerization; quaternization; formylation; phase transfer reactions; silylations; nitrile synthesis; phosphorylation; ozonolysis; azide chemistry; metathesis; hydrosilylation; coupling reactions and enzymatic reactions ..
La descripción anterior proporciona realizaciones ejemplares para facilitar la comprensión de la naturaleza y del carácter de las reivindicaciones. Será evidente a los expertos en la técnica que se puede hacer varias modificaciones en estas realizaciones sin apartarse del alcance de las reivindicaciones anexas. The foregoing description provides exemplary embodiments to facilitate understanding of the nature and character of the claims. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made in these embodiments without departing from the scope of the appended claims.
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